電子教案---單片機原理及應(yīng)用——基于Proteus和Keil C(第2版)[林立,張俊亮]第1章

1、第1章 單片機基礎(chǔ)知識概述單片機基礎(chǔ)知識概述 1.1 單片機概述1.2 單片機學(xué)習(xí)的預(yù)備知識1.3 Proteus應(yīng)用簡介第1章 單片機基礎(chǔ)知識概述單片機基礎(chǔ)知識概述 丁賢慶丁賢慶 139551980361.1 單片機概述單片機概述1.2 單片機學(xué)習(xí)的預(yù)備知識1.3 Proteus應(yīng)用簡介第1章 單片機基礎(chǔ)知識概述 1. 什么是單片機？什么是單片機？2. 為什么要學(xué)單片機？為什么要學(xué)單片機？3. 怎樣學(xué)習(xí)單片機？怎樣學(xué)習(xí)單片機？第1章 單片機基礎(chǔ)知識概述 1. 什么是單片機？什么是單片機？從微型計算機微型計算機技術(shù)的兩大兩大發(fā)展分支發(fā)展分支談起第1章 單片機基礎(chǔ)知識概述 分支一分支一：通用微型

2、計算機系統(tǒng)通用微型計算機系統(tǒng) （Universal microComputer System ）UCS為滿足眾多普通應(yīng)用場合需要而發(fā)展的一類個人計算機系統(tǒng)個人計算機系統(tǒng) 技術(shù)要求: 高速計算 + 海量存儲 發(fā)展方向: CPU速度不斷提升，存儲容量不斷擴大 386486Pentium Pentium Conroe II第1章 單片機基礎(chǔ)知識概述 個人計算機（Personal Computer）CPU+存儲器+主板+顯卡+聲卡+網(wǎng)卡+顯示器+鼠標(biāo)+鍵盤基本功能部件基本功能部件接口部件外部設(shè)備支持它的軟件五花八門，應(yīng)有盡有第1章 單片機基礎(chǔ)知識概述 分支二分支二：嵌入式計算機系統(tǒng)嵌入式計算機系統(tǒng) （

3、Embedded Computer System）ECS能嵌入到對象體系中，以實現(xiàn)對象體系智能化為目的的一類專用計算機系統(tǒng)專用計算機系統(tǒng)技術(shù)要求：必須滿足對象體系的物理、電氣和環(huán)境以及產(chǎn)品成本等要求 發(fā)展方向: 與對象系統(tǒng)密切相關(guān)的嵌入性能嵌入性能、控制控制能力能力與控制可靠性控制可靠性 第1章 單片機基礎(chǔ)知識概述 PC 電氣加固、機械加固，并配置各種接口板卡 IPC（工控機） 嵌入到大型對象系統(tǒng)大型對象系統(tǒng)中（實現(xiàn)智能化）工業(yè)計算機（Industrial Personal Computer） 船舶駕駛室集中控制臺 自動配料控制系統(tǒng) 電站鍋爐控制系統(tǒng)第1章 單片機基礎(chǔ)知識概述 眾多小型對象系統(tǒng)

4、小型對象系統(tǒng)（如家電、儀器、工控單元）無法使用IPC 需要發(fā)展一類特殊的嵌入式計算機系統(tǒng)第1章 單片機基礎(chǔ)知識概述 單片計算機單片計算機（Single Chip Microcomputer）SCM將通用微計算機基本功能部件基本功能部件集成在一塊芯片一塊芯片上構(gòu)成的一種專用微計算機系統(tǒng)應(yīng)用：SCM硬件+SCM軟件+少量外圍電路嵌入式微嵌入式微機系統(tǒng)機系統(tǒng)+被控對象微電腦控制產(chǎn)品第1章 單片機基礎(chǔ)知識概述 單片機的發(fā)展：單片機的發(fā)展：從1976年起，Intel公司先后推出MCS-48（4位）、 MCS-51（8位）和MCS-96（16位）3大系列單片機。迄今為止，世界各地廠商已相繼研制出大約50個

5、系列300多個品種的單片機產(chǎn)品。第1章 單片機基礎(chǔ)知識概述 單片機的發(fā)展趨勢是高集成度、高性能、低功耗單片機單片機（SCM）微控制器微控制器（Micro Controller Unit）Micro Controller Unit Single Chip Microcomputer8位的51內(nèi)核單片機仍然是目前主流機型。第1章 單片機基礎(chǔ)知識概述 汽車電控系統(tǒng)中的單片機應(yīng)用第1章 單片機基礎(chǔ)知識概述 2. 為什么要學(xué)單片機？為什么要學(xué)單片機？ 單片機屬于高新技術(shù)領(lǐng)域，是機電產(chǎn)品智能化的重要途徑，可實現(xiàn)產(chǎn)品的升級換代 單片機應(yīng)用領(lǐng)域?qū)?，單片機技能人才社會需求廣泛，具有很好的就業(yè)前景 單片機知識與具

6、體專業(yè)技術(shù)相結(jié)合可產(chǎn)生更大的創(chuàng)造力和發(fā)展?jié)摿Φ?章 單片機基礎(chǔ)知識概述 單片機應(yīng)用實例抽油機節(jié)能控制儀研制抽油機節(jié)能控制儀研制游梁式抽油機 國內(nèi)約有10萬多臺游梁式抽油機，電能消耗問題十分突出！“大馬拉小車大馬拉小車”正常抽油時僅需配備較小功率電機；小功率電機；為應(yīng)對起動、稠油、結(jié)蠟、結(jié)凍等偶然事件，需要配備大功率電機大功率電機第1章 單片機基礎(chǔ)知識概述 “產(chǎn)抽不平衡產(chǎn)抽不平衡”油田開采后期，地層供液能力抽油能力大于供液能力抽油機工作效率第1章 單片機基礎(chǔ)知識概述 時間O負(fù)載第1章 單片機基礎(chǔ)知識概述 開機停機開機開機停機時間開機T1小時停機T2小時第1章 單片機基礎(chǔ)知識概述 綜合上述兩種原理

7、綜合上述兩種原理抽油機自動雙向切換與間抽控制技術(shù)抽油機自動雙向切換與間抽控制技術(shù) 開機停機開機開機停機時間第1章 單片機基礎(chǔ)知識概述 電源開關(guān) 交流接觸器 電動機功率變送器 抽油機電控箱基于單片機的抽油機節(jié)能控制方案基于單片機的抽油機節(jié)能控制方案節(jié)能控制儀 A/D轉(zhuǎn)換器中間繼電器 數(shù)碼管顯示器數(shù)據(jù)存儲器薄膜式按鍵單片機第1章 單片機基礎(chǔ)知識概述 在未使用間抽控制功能的情況下，平均有功功率降低約15%第1章 單片機基礎(chǔ)知識概述 節(jié)能控制儀抽油機電控柜第1章 單片機基礎(chǔ)知識概述 3、怎樣學(xué)習(xí)單片機、怎樣學(xué)習(xí)單片機各組成部分既相對獨立，又相互交叉教學(xué)目標(biāo)教學(xué)目標(biāo)掌握單片機原理與應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計技能需要具

8、備需要具備單片機硬件硬件、軟件軟件、接口接口、開發(fā)工具開發(fā)工具四方面知識硬件系統(tǒng)軟件系統(tǒng)接口系統(tǒng)開發(fā)工具開發(fā)工具第1章 單片機基礎(chǔ)知識概述 硬件系統(tǒng)硬件系統(tǒng)（RAM，IO，T/C，INT，UART）存儲器輸入/輸出單元定時/計數(shù)器中斷系統(tǒng)串行通信第1章 單片機基礎(chǔ)知識概述 軟件系統(tǒng)軟件系統(tǒng)C51語言程序匯編語言程序第1章 單片機基礎(chǔ)知識概述 接口系統(tǒng)接口系統(tǒng)（LED，KEY，AD，DA，IO擴展）鍵盤電路數(shù)碼管數(shù)碼管鍵盤鍵盤模數(shù)轉(zhuǎn)換模數(shù)轉(zhuǎn)換數(shù)模轉(zhuǎn)換數(shù)模轉(zhuǎn)換可編程接口可編程接口第1章 單片機基礎(chǔ)知識概述 第1章 單片機基礎(chǔ)知識概述 單片機本身無開發(fā)能力，必須借助開發(fā)工具開發(fā)工具開發(fā)應(yīng)用軟件。單片

9、機實驗箱開發(fā)工具開發(fā)工具PROTEUS單片機仿真軟件單片機仿真軟件 第1章 單片機基礎(chǔ)知識概述 Keil C51簡介 Keil C51是是51單片機軟件開單片機軟件開發(fā)的發(fā)的C語言和匯編語言環(huán)境，可語言和匯編語言環(huán)境，可以進(jìn)行純軟件仿真；也可以與以進(jìn)行純軟件仿真；也可以與Proteus軟件聯(lián)合進(jìn)行仿真。軟件聯(lián)合進(jìn)行仿真。開發(fā)工具開發(fā)工具 Keil集成開發(fā)環(huán)境軟件集成開發(fā)環(huán)境軟件第1章 單片機基礎(chǔ)知識概述 仿真運行效果第1章 單片機基礎(chǔ)知識概述 第1章 單片機基礎(chǔ)知識概述第2章 MCS-51單片機結(jié)構(gòu)及原理第3章 單片機的匯編語言與程序設(shè)計第4章 單片機的C51語言第5章 單片機的中斷系統(tǒng)第6章

10、 單片機的定時器/計數(shù)器第7章 單片機的串行通信技術(shù)第8章 單片機接口技術(shù)第9章 單片機應(yīng)用系統(tǒng)的設(shè)計與開發(fā)附錄 實驗指導(dǎo)第1章 單片機基礎(chǔ)知識概述 教材介紹課件下載課件下載第1章 單片機基礎(chǔ)知識概述 單片機課程學(xué)習(xí)網(wǎng)站單片機課程學(xué)習(xí)網(wǎng)站（http:/ 單片機基礎(chǔ)知識概述 學(xué)習(xí)方法學(xué)習(xí)方法 第1章 單片機基礎(chǔ)知識概述 教學(xué)內(nèi)容教學(xué)內(nèi)容第1章 單片機基礎(chǔ)知識概述 1.1 單片機概述1.2 單片機學(xué)習(xí)的預(yù)備知識單片機學(xué)習(xí)的預(yù)備知識1.3 Proteus應(yīng)用簡介第1章 單片機基礎(chǔ)知識概述 1.2 單片機學(xué)習(xí)的預(yù)備知識單片機學(xué)習(xí)的預(yù)備知識 1、數(shù)制定義數(shù)制定義2、10、16進(jìn)制數(shù)的概念2、數(shù)制轉(zhuǎn)換、數(shù)

11、制轉(zhuǎn)換2、10、16進(jìn)制數(shù)的換算3、有符號數(shù)、有符號數(shù)2進(jìn)制負(fù)數(shù)的表示方法4、位、位-字節(jié)字節(jié)-字字2進(jìn)制基本概念5、ASCII碼碼字符的2進(jìn)制表示方法6、BCD碼碼10進(jìn)制數(shù)的2進(jìn)制表示方法7、基本邏輯門電路、基本邏輯門電路 與、或、非、與非第1章 單片機基礎(chǔ)知識概述 1.數(shù)制數(shù)制單片機常用的數(shù)制有十進(jìn)制、二進(jìn)制、十六進(jìn)制。 第1章 單片機基礎(chǔ)知識概述 符號集：09；規(guī)則：逢十進(jìn)一；十進(jìn)制數(shù)的后綴為D但可省略；十進(jìn)制數(shù)可用加權(quán)展開式表示，例如：其中，10為基數(shù)，09為各位加權(quán)數(shù)，其一般表達(dá)式為：012310410310210112340011221110101010 ddddNnnnnD1、

12、十進(jìn)制數(shù)，、十進(jìn)制數(shù)，ND第1章 單片機基礎(chǔ)知識概述 0123212021211101B001122112222 bbbbNnnnnB2、二進(jìn)制數(shù)，、二進(jìn)制數(shù)，NB符號集：0、1；規(guī)則：逢二進(jìn)一；二進(jìn)制數(shù)的后綴為B且不可省略；二進(jìn)制數(shù)可用加權(quán)展開式表示，例如：其中，2為基數(shù)，0和1為各位加權(quán)數(shù)，其一般表達(dá)式為：第1章 單片機基礎(chǔ)知識概述 01231681612161516138HDFC0011221116161616 hhhhNnnnnH3、十六進(jìn)制數(shù)，、十六進(jìn)制數(shù)，NH符號集：09、AF；規(guī)則：逢十六進(jìn)一；十六進(jìn)制數(shù)的后綴為H且不可省略；十六進(jìn)制數(shù)可用加權(quán)展開式表示。例如：其中，16為基數(shù)，

13、015為各位加權(quán)數(shù)，其一般表達(dá)式為：2.數(shù)制轉(zhuǎn)換數(shù)制轉(zhuǎn)換 (1) 二進(jìn)制轉(zhuǎn)換成十進(jìn)制轉(zhuǎn)換規(guī)則：按二進(jìn)制二進(jìn)制表達(dá)式展開，按十進(jìn)制十進(jìn)制運算求和。112121211011013B例如：1 1 1 1 1 1 1 18 4 2 1163264128記憶：1100B = 121001B = 91111B = 1511111111B = 255舉例：第1章 單片機基礎(chǔ)知識概述 （2）十六進(jìn)制轉(zhuǎn)換成十進(jìn)制轉(zhuǎn)換規(guī)則：按十六進(jìn)制表達(dá)式展開，按十進(jìn)制運算求和。5728816816121615161380123HDFC例如：第1章 單片機基礎(chǔ)知識概述 (3) 二進(jìn)制與十六進(jìn)制數(shù)之間的轉(zhuǎn)換1010B = 0AH

14、1101B = 0DH1011B = 0BH 1110B = 0EH1100B = 0CH 1111B = 0FH記憶：從低位起由右到左，每4位二進(jìn)制數(shù)對應(yīng)1位十六進(jìn)制數(shù)。例如：（最后一組不足時左邊添0湊齊4位）轉(zhuǎn)換規(guī)則：第1章 單片機基礎(chǔ)知識概述 (4)十進(jìn)制整數(shù)轉(zhuǎn)換成二、十六進(jìn)制整數(shù) 轉(zhuǎn)換規(guī)則：“除基取余”。十進(jìn)制整數(shù)不斷除以轉(zhuǎn)換進(jìn)制基數(shù)，直至商為0。每除一次取一個余數(shù)，從低位排向高位。例如：第1章 單片機基礎(chǔ)知識概述 3.有符號數(shù)的表示方法有符號數(shù)的表示方法 有符號數(shù)有符號數(shù)：最高位為符號位， “0”表示表示“+” ，“1”表示表示“-” 。 其余為數(shù)值位第1章 單片機基礎(chǔ)知識概述 例如

15、：+123 0111 1011B -123 1111 1011B1111 1011B = 251？= -123？靠事先約定無符號數(shù)無符號數(shù)：最高位不作為符號位，全部為數(shù)值位。有符號 數(shù)有3種編碼形式：原碼、反碼和補碼基本規(guī)律基本規(guī)律：正數(shù)的原碼、反碼和補碼都是相同的，而負(fù)數(shù)的原碼、反碼和補碼各有不同。運算規(guī)則運算規(guī)則：當(dāng)有符號數(shù)用補碼表示時，可以把減法運算轉(zhuǎn)換為加法運算。 CPU中便無需設(shè)置硬件減法器，從而可簡化其硬件結(jié)構(gòu)。 第1章 單片機基礎(chǔ)知識概述 4. 位位字節(jié)字節(jié)字字 位位 (bit)：二進(jìn)制數(shù)中的一位，其值不是“1”，就是“0”。半字節(jié) 字節(jié) 字（雙字節(jié)）位字節(jié)字節(jié)半字節(jié)半字節(jié)：4位

16、二進(jìn)制例如：1000 1110 1100 1011B = 8E CDH字字 (word)：51單片機的字由2個字節(jié)組成，16位字長。第1章 單片機基礎(chǔ)知識概述 字節(jié)字節(jié) (byte)：一個8位的二進(jìn)制數(shù)為一個字節(jié)，可用大寫B(tài)表示，例如256字節(jié)256B。第1章 單片機基礎(chǔ)知識概述 強調(diào)強調(diào) ：1、字節(jié)的表示不可與二進(jìn)制數(shù)的表示相混淆。例如，不應(yīng)將二進(jìn)制數(shù)“1010B”理解為“1010字節(jié)”；2、千字節(jié)的表示為“KB”，1KB=1024B。例如，64KB = 1024B64 = 65536B。5. BCD碼碼 Binary Coded Decimal用二進(jìn)制代碼表示的十進(jìn)制數(shù)，稱為“二進(jìn)碼十進(jìn)數(shù)

17、”或“二/十進(jìn)制代碼”。 第1章 單片機基礎(chǔ)知識概述 8421BCD碼碼 可以用4位二進(jìn)制數(shù)表示1位十進(jìn)制數(shù) 用一個字節(jié)表示兩個十進(jìn)制的數(shù)壓縮的BCD碼： 如 1000 0111B 表示十進(jìn)制的87 用一個字節(jié)僅表示一位十進(jìn)制的數(shù)非壓縮的BCD碼： 如 0000 0111B 表示十進(jìn)制的7第1章 單片機基礎(chǔ)知識概述 BCD碼的用途： 可使計算機直接進(jìn)行十進(jìn)制數(shù)運算 例如：23+15 = 0010 0011B + 0001 0101B = 0011 1000B = 56 (二進(jìn)制)38 (BCD)靠事先約定第1章 單片機基礎(chǔ)知識概述 6. ASC碼碼 字母和字符的二進(jìn)制數(shù)表示ASC碼(Ameri

18、can Standard Code for Information Interchange美國國家信息交換標(biāo)準(zhǔn)字符碼 )。它采用7位二進(jìn)制編碼位二進(jìn)制編碼表示128個字符，其中包括數(shù)碼09以及英文字母等可打印的字符。高高3位位低低4位位09 30H 39HA 100 0001B 41H例如：第1章 單片機基礎(chǔ)知識概述 7.基本邏輯門電路基本邏輯門電路 數(shù)字計算機靠基本邏輯門電路基本邏輯門電路實現(xiàn)二進(jìn)制數(shù)的運算，其中高電平和低電平分別代表1和0。單片機原理分析中需要用到一些基本邏輯門電路、邏輯關(guān)系和邏輯符號 。4種最基本的邏輯關(guān)系如下：與邏輯、或邏輯、非邏輯、與非邏輯 第1章 單片機基礎(chǔ)知識概述

19、 （1）與與邏輯關(guān)系 ABY000010100111與邏輯真值表Y與門電路 ABY&ABY與門符號 BAY第1章 單片機基礎(chǔ)知識概述 （2）或或邏輯關(guān)系 ABY000011101111或邏輯真值表ABY1ABY或門符號 或門電路 YBAY第1章 單片機基礎(chǔ)知識概述 （3）非非邏輯關(guān)系 AY0110非邏輯真值表非門符號 AAY 1AYAY非門電路 Y第1章 單片機基礎(chǔ)知識概述 （4）與非與非邏輯關(guān)系 與非邏輯真值表ABY001011101110與非門符號 ABY&ABYBAY與非門電路 Y第1章 單片機基礎(chǔ)知識概述 1.1 單片機概述1.2 單片機學(xué)習(xí)的預(yù)備知識1.3 Prote

20、us應(yīng)用簡介應(yīng)用簡介第1章 單片機基礎(chǔ)知識概述 Proteus是電路分析與實物仿真軟件（ISIS和ARES）英國Labcenter Electronics Ltd. 開發(fā)提供原理圖繪制、單片機系統(tǒng)仿真與PCB設(shè)計等功能（部分功能類似于Multisim軟件）可仿真多種MCU，如51、AVR，PIC，MSP等可仿真許多電子元件，如阻容元件、開關(guān)、晶體管、集成電路、液晶顯示器等可提供多種調(diào)試虛擬儀器，如示波器、信號源等第1章 單片機基礎(chǔ)知識概述 ISISISIS智能原理圖輸入系統(tǒng)智能原理圖輸入系統(tǒng)數(shù)字與模擬電路原理圖繪制數(shù)字與模擬電路仿真運行單片機匯編程序編譯調(diào)試(Intelligent Schem

21、atic Input System)1.3.1 1.3.1 ISISISIS模塊應(yīng)用舉例模塊應(yīng)用舉例第1章 單片機基礎(chǔ)知識概述 單片機系統(tǒng)原理圖單片機系統(tǒng)原理圖數(shù)字與模擬電路原理圖繪制數(shù)字與模擬電路原理圖繪制第1章 單片機基礎(chǔ)知識概述 測頻電路原理圖第1章 單片機基礎(chǔ)知識概述 可利用線路探針進(jìn)行電路測量利用不同顏色電路連線顯示相應(yīng)電壓利用不同顏色電路連線顯示相應(yīng)電壓利用箭頭顯示電流方向利用箭頭顯示電流方向 探針實時顯示探針實時顯示電壓電壓/電流值電流值暫停時，使用暫停時，使用Virtual Instruments按鈕，可顯示元件參數(shù)信息按鈕，可顯示元件參數(shù)信息 數(shù)字與模擬電路仿真運行數(shù)字與模擬

22、電路仿真運行第1章 單片機基礎(chǔ)知識概述 虛擬示波器第1章 單片機基礎(chǔ)知識概述 調(diào)幅信號調(diào)幅信號輸出輸出信號發(fā)生器信號發(fā)生器參數(shù)設(shè)置參數(shù)設(shè)置虛擬信號發(fā)生器第1章 單片機基礎(chǔ)知識概述 音頻信號激勵源 使用Windows WAV 文件作為輸入文件。結(jié)合音頻分析圖表，可以聽到電路對音頻信號處理后的聲音。 音頻信號音頻信號輸出輸出第1章 單片機基礎(chǔ)知識概述 數(shù)字時鐘信號激勵源 數(shù)字時鐘數(shù)字時鐘信號輸出信號輸出第1章 單片機基礎(chǔ)知識概述 單片機匯編程序編譯調(diào)試單片機匯編程序編譯調(diào)試第1章 單片機基礎(chǔ)知識概述 應(yīng)用舉例應(yīng)用舉例 要求：完成一個計數(shù)顯示器的電路原理設(shè)計、匯編軟件調(diào)試以及動態(tài)仿真運行三項任務(wù)。第1章 單片機基礎(chǔ)知識概述 （1）啟